基于CIEDE2000的紡織品色差檢測與檢速匹配

劉孝鋒,任靜艷,王利飛,陸丹妮

(泉州師范學(xué)院 物理與信息工程學(xué)院,福建 泉州 362000)

在紡織印染生產(chǎn)過程中,色差是影響紡織品顏色與質(zhì)量的一個主要因素,是決定紡織品和衣服等次優(yōu)劣和價格的一個重要依據(jù).若紡織品和衣物的顏色與消費者需要的實際顏色呈現(xiàn)出較大差距,將直接影響消費者的感官和消費體驗,因此,色差檢測是織物印染生產(chǎn)過程和銷售中一項不可缺少的環(huán)節(jié)[1-5].針對傳統(tǒng)人工進行目測法對紡織品色差檢測所遇到的問題,結(jié)合機器視覺技術(shù),基于CMC(1:c)、JPC79、BFD、CIE1976LAB、CIE94和CIEDE2000等一系列色差公式的色差檢測廣泛應(yīng)用于紡織品質(zhì)量檢測和控制之中,通過對圖像的識別和色差的計算,實現(xiàn)色差的檢測[6-12].然而實際的色差檢測要求檢測質(zhì)量合格的同時,其檢測速度也要盡可能地快,或者實現(xiàn)可控、可預(yù)測以滿足實際生產(chǎn)線需要,進而提高色差檢測效率.基于不同色差檢測公式的色差檢測與色差檢測速度的匹配需進一步的研究.本研究利用CIEDE2000公式進行區(qū)域色差計算,通過檢測時間閾值設(shè)置,匹配區(qū)域色差檢測時間,實現(xiàn)紡織品的色差檢測與檢測速度相匹配.

1 CIELAB顏色空間與CIEDE2000色差公式

1.1 紡織品色差檢測CIELAB顏色空間

在紡織品和衣物色差檢測和色差評價的過程中,由于RGB顏色空間往往是非均勻的,而CIELAB顏色空間相對均勻,RGB顏色空間通常不能直接轉(zhuǎn)換成CIELAB空間.一般地,需先把RGB顏色空間轉(zhuǎn)換成XYZ顏色空間,再由中間轉(zhuǎn)換空XYZ顏色空間轉(zhuǎn)換成CIELAB顏色空間L、a、b.其具體轉(zhuǎn)換過程如下:

中間轉(zhuǎn)換空間X、Y、Z和RGB顏色空間R、G、B值的對應(yīng)關(guān)系[13-15]為

(1)

其中:X、Y、Z表示顏色空間的3個通道分量,也稱三刺激值.

相對均勻的CIELAB 顏色空間L、a、b與中間轉(zhuǎn)換空間X、Y、Z之間的對應(yīng)關(guān)系為

(2)

其中:L代表光的亮度或明度;a表示紅到綠軸;b表示黃到藍軸;j=1,2,3,4,…代表圖片通過預(yù)處理分區(qū)的編號;Xn、Yn、Zn表示理想白色物體的3個刺激值,通常由色差檢測過程中使用的光源確定.在具體紡織品色差檢測過程中,一般取Xn=94.812、Yn=100.00、Zn=107.209.轉(zhuǎn)換函數(shù)(f)如

(3)

由式(1)～(3)可知,將被測紡織品圖片與標準紡織品圖片分別進行順序分區(qū)后,相應(yīng)提取兩者的每一個區(qū)塊的R、G、B值,經(jīng)過XYZ顏色空間及線性轉(zhuǎn)換后得到被測紡織品的Lj、aj、bj值和標準紡織品的Ls、as、bs值.

1.2 色差與CIEDE2000色差公式

色差通常是指兩種顏色的差別,一般用色差ΔE值表示色差.在無外界干擾的標準光源D65均勻照射下,ΔE=1表示1個NBS色差單位.然而實際紡織品色差檢測環(huán)境往往與實驗室環(huán)境相差較大,其色差值的大小難以按照國際或國家統(tǒng)一的標準判斷.不同的紡織品生產(chǎn)企業(yè)往往按照各自的色差檢測模型和色差檢測要求,設(shè)定一套符合自身色差檢測需要的色差閾值和判別標準.在紡織行業(yè)和紡織品生產(chǎn)的過程中,色差盡管分為可以接受的色差和可以感知的色差,但往往更強調(diào)可以接受的色差.常用的紡織品對照如表1所示[15].

表1 常用的紡織品色差對照

建立在CIE1976-Lab顏色空間基礎(chǔ)之上的CIELAB色差公式[16]為

(4)

CIEDE2000色差公式[17-18]為

(5)

CIEDE2000色差公式因能檢測出較小的色差,可有效解決CIELAB在檢測小色差時顏色空間分布不均的問題.針對藍色、比較深的顏色和一些接近中性的顏色,可提高一定的判斷準確性,克服CIELAB等其他色差公式的一些局限性,廣泛應(yīng)用于紡織品行業(yè)的色差檢測與質(zhì)量控制之中.其計算步驟如下:

(6)

(7)

進而得出如式(8)的色度、飽和度和色調(diào),分別為

(8)

(2)通過式(9)計算明度差ΔL′、飽和度差ΔC′、色調(diào)差ΔH′.即

(9)

(3)由式(10)計算明度、飽和度和色調(diào)權(quán)重函數(shù)SL、SC、SH,由式(11)得出旋轉(zhuǎn)幅度(RC),旋轉(zhuǎn)角度Δθ和旋轉(zhuǎn)函數(shù)(RT).即

(10)

(11)

通過式(12)計算系數(shù)(T),則為

(12)

(4)選擇合適的明度參數(shù)因子KL、色度參數(shù)因子KC和色相角參數(shù)因子KH.在實際紡織品色差檢測生產(chǎn)過程中,參數(shù)因子一般取KL=KC=KH=1.

2 基于CIEDE2000的色差檢測和檢速匹配

與標準紡織物的顏色對比,紡織物在染色過程中往往因染色不均勻而存在色差,通過區(qū)域分塊可有效進行色差檢測.區(qū)域分塊數(shù)越多,色差檢測結(jié)果越精確,色差檢測時間越長,因此,色差檢測速度越慢而影響色差檢測效率.通過標準圖與待測圖大小屬性統(tǒng)一化、區(qū)域分塊設(shè)置、檢測時間閾值設(shè)置、色差值和檢測時間的計算,實現(xiàn)色差檢測與檢測速度的匹配,具體流程圖如圖1所示.

圖1 色差檢測與檢速匹配流程圖

(1)標準圖與待測圖屬性統(tǒng)一.為對比標準紡織物與實際待測紡織物的色差,通過對紡織物的標準圖和待測圖大小的統(tǒng)一,使標準紡織物與待測紡織物對應(yīng)位置一致而有效計算和對比色差.

(2)圖像區(qū)域分割.標準圖和待測圖M×N區(qū)域分塊,M、N為自然數(shù),其值越大,區(qū)域分塊越細,色差檢測越精確,檢測所需時間越長,檢測速度越慢.在紡織物色差檢測過程中,花色紡織物色差檢測分塊數(shù)多于單色紡織物色差檢測分塊數(shù),同時為實現(xiàn)色差檢測和速度匹配,更快地確定較優(yōu)色差分塊,需根據(jù)不同顏色色差檢測的實際需要,確定分塊數(shù)M、N的上限值.(3)檢測時間閾值的設(shè)定.區(qū)域分塊數(shù)量增多,色差檢測的速度會隨之變慢.一個實際紡織物生產(chǎn)車間其色差檢測生產(chǎn)線往往有一定的檢測速度約束,每張圖片的檢測時間不超過αs,考慮到圖像采集所需要的時間,以及檢測過程中可能出現(xiàn)的延遲問題,需考慮其緩沖時間為βs,因此,實際色差檢測時間為這兩個時間的差值,即檢測時間閾值δ=α-β.

(4)色差閾值的設(shè)定:依照存在色差的國際統(tǒng)一標準,各紡織物生產(chǎn)企業(yè)依據(jù)自家的色差檢測要求,選擇一套合適的色差評定標準,設(shè)定色差閾值ε.檢測色差值大于或等于色差閾值ε,則表示與標準物比較,存在色差;檢測色差值小于色差閾值ε,則表示與標準物比較,無色差.

(5)區(qū)域劃分的步長設(shè)置.由于開始的圖像區(qū)域分塊數(shù)為上限值,若色差檢測時間大于時間閾值δ,表明需要減少區(qū)域分塊數(shù),可采用寬的步長逐漸減1的方式得下一次色差檢測區(qū)域分塊M×(N-1),也可采用長的步長逐漸減1的方式得下一次色差檢測區(qū)域分塊(M-1)×N,還可采用長和寬的步長同時逐漸減1的方式得下一次色差檢測區(qū)域分塊(M-1)×(N-1),直至色差檢測時間小于或等于時間閾值δ后,停止區(qū)域分塊.

(6)流程說明.為了準確知道一張圖片中色差存在的具體位置,先把采集的兩張圖像設(shè)置為相同大小,再將圖像從上到下、從左到右分成大小相同的M×N個區(qū)域窗口后,對每個小的區(qū)域窗口進行色差檢測,計算色差檢測所用的時間.若色差檢測時間大于檢測時間閾值δ,則通過將M和N依次減1的方式,得到下一次色差檢測新分塊,直至色差檢測時間小于等于檢測時間閾值δ,得出色差檢測檢速要求的較優(yōu)色差分塊數(shù),同時計算此時的色差檢測值.對比色差閾值ε的大小,得出檢測紡織物與標準物是否存在色差,實現(xiàn)色差檢測與檢測速度匹配.

3 仿真結(jié)果與分析

以福建省石獅市的某服裝自動化生產(chǎn)線為例,圖2是加工車間采集的標準樣品圖,圖3是加工車間采集的待測樣品圖,色差檢測時間閾值為0.5 s,色差閾值為0.25,初始分塊上限數(shù)為12×12.

圖2 標準樣品圖 圖3 待測樣品圖

首先將肉眼分辨不清楚的標準圖與待測圖進行預(yù)處理, 按照流程依次進行區(qū)域窗口的劃分并進行色差檢測,檢測出不同區(qū)域塊下的色差值與消耗時間值,實現(xiàn)色差檢測與檢測速度的匹配.通過仿真計算,9×8分塊或8×9分塊色差檢測時間都超過0.5 s,8×8分塊色差檢測時間值為0.492 2 s,滿足色差檢測時間閾值要求,64塊區(qū)域色差檢測折線圖如圖4所示.圖4表明,標準樣品圖與待測樣品圖的色差在0.18～0.27,標準樣品圖與待測樣品圖部分區(qū)域存在色差,對標準樣品圖與待測樣品圖進行8×8分塊,既能滿足色差檢測時間要求,又能檢測標準樣品圖與待測樣品圖存在的較小色差,實現(xiàn)色差檢測與檢測速度匹配.

圖4 8×8分塊區(qū)域色差檢測結(jié)果折線圖

針對與標準樣品圖2存在明顯色差的肉眼可分辨待測樣品圖5,按照同樣的方法進行處理:通過仿真,8×8分塊色差檢測時間值為0.490 5 s,滿足色差檢測時間閾值要求,64塊區(qū)域色差檢測折線如圖6所示.圖6表明:標準樣品圖與待測樣品圖部分區(qū)域存在明顯色差,對標準樣品圖與待測樣品圖同樣進行8×8分塊,既能滿足色差檢測時間要求,又能檢測標準樣品圖與待測樣品圖存在的較大色差,實現(xiàn)色差檢測與檢測速度匹配.

圖5 待測樣品圖

圖6 8×8分塊區(qū)域色差檢測結(jié)果折線圖 圖7 5×5分塊區(qū)域色差檢測結(jié)果折線圖

針對圖2～3所示較小色差的色差檢測,若提高自動化生產(chǎn)線檢測速度,色差檢測時間閾值調(diào)整為0.22 s,色差閾值要求0.25不變,通過仿真計算,5×5分塊色差檢測時間值為0.216 9 s,25塊區(qū)域色差檢測折線如圖7所示.

對比色差折線圖4和圖7,通過8×8區(qū)域分塊,標樣與待測樣品11個區(qū)域存在微小色差,通過5×5區(qū)域分塊,標樣與待測樣品2個區(qū)域存在微小色差,但5×5區(qū)域分塊色差檢測速度相對更快,因此,在實際紡織品色差檢測過程中,需根據(jù)實際生產(chǎn)需要確定色差檢測精度和檢測速度.

4 結(jié)語

針對紡織品色差檢測過程中需要較精確檢測色差的同時,滿足實際生產(chǎn)過程中檢測速度的需要,給出了一種基于CIEDE2000色差公式的紡織品色差檢測與檢速匹配的方法.通過檢測時間閾值和色差閾值的設(shè)定,自動改變區(qū)域劃分的步長,匹配紡織品色差值和色差檢測時間,得出較優(yōu)區(qū)域分割,并給出了仿真結(jié)果.該方法可有效實現(xiàn)紡織品色差檢測與檢測速度匹配,為進一步研究紡織品的色差檢測和質(zhì)量控制提供參考依據(jù).